1. Soudage de l'acier au carbone L'acier au carbone, qui est principalement composé de fer (Fe) avec une petite quantité de carbone (C) comme élément d'alliage, peut être appelé "acier au carbone". L'acier au carbone peut être classé de différentes manières. En fonction de la teneur en carbone, il peut être classé en acier à faible teneur en carbone, en acier à teneur moyenne en carbone [...]
L'acier au carbone, qui est principalement composé de fer (Fe) avec une petite quantité de carbone (C) comme élément d'alliage, peut être appelé "acier au carbone". L'acier au carbone peut être classé de différentes manières.
En fonction de la teneur en carbone, on distingue l'acier à faible teneur en carbone, l'acier à teneur moyenne en carbone et l'acier à haute teneur en carbone. En fonction de la qualité, on distingue l'acier au carbone ordinaire, l'acier au carbone de haute qualité et l'acier de construction au carbone de haute qualité.
En fonction de l'application, il peut être divisé en acier de construction et en acier à outils. En fonction des exigences et des applications spécifiques de certaines industries, il existe des aciers spécialisés, tels que l'acier au carbone pour les appareils à pression, l'acier au carbone pour les chaudières et l'acier de construction au carbone pour la construction navale.
La soudabilité de l'acier au carbone est principalement déterminée par sa teneur en carbone. Au fur et à mesure que la teneur en carbone augmente, la soudabilité diminue progressivement. La présence de manganèse (Mn) et de silicium (Si) dans l'acier au carbone affecte également la soudabilité, leur teneur accrue entraînant une moins bonne soudabilité, bien que de manière moins significative que le carbone.
La teneur en carbone équivalente, appelée carbone équivalent (Ceq), est calculée en convertissant la teneur en éléments d'alliage de l'acier en une teneur en carbone équivalente. Elle sert d'indicateur de référence pour évaluer la soudabilité de l'acier.
De cette manière, l'impact du carbone (C), du manganèse (Mn) et du silicium (Si) sur la soudabilité peut être combiné dans une formule d'équivalent carbone (Ceq) adaptée à l'acier au carbone.
Plus la valeur de Ceq augmente, plus la sensibilité à la fissuration à froid augmente, ce qui se traduit par une mauvaise soudabilité. Généralement, lorsque la valeur Ceq est inférieure à 0,4%, l'acier a peu tendance à durcir et présente une bonne soudabilité sans nécessiter de préchauffage. Lorsque la valeur Ceq est comprise entre 0,4% et 0,6%, l'acier a une tendance significative au durcissement, ce qui entraîne une sensibilité accrue à la fissuration à froid et une soudabilité modérée.
Dans ce cas, des mesures supplémentaires telles que le préchauffage sont nécessaires pendant le soudage. Lorsque la valeur Ceq dépasse 0,6%, la soudabilité devient très mauvaise.
Les impuretés (telles que S, P, O, N) et les oligo-éléments (tels que Cr, Mo, V, Cu) dans l'acier au carbone ont un impact significatif sur la susceptibilité à la fissuration et les propriétés mécaniques de l'acier au carbone. joints soudés. En fait, la soudabilité n'est pas seulement déterminée par la teneur en éléments d'alliage, mais aussi par la vitesse de refroidissement du joint soudé.
En particulier, dans le cas des aciers à faible et à forte teneur en carbone, sous certaines conditions chaleur de soudage la vitesse de refroidissement est plus rapide, ce qui entraîne la formation de martensite dans la soudure et la zone affectée thermiquement.
En savoir plus martensite plus la dureté est élevée, plus la soudabilité est faible et plus la tendance à la fissuration est importante. Il est donc essentiel de contrôler la vitesse de refroidissement pendant le soudage.
En utilisant le préchauffage, en contrôlant la température entre les couches, le postchauffage ou en utilisant un apport de chaleur élevé pour le soudage, la vitesse de refroidissement du joint soudé peut être réduite, ce qui permet de contrôler la microstructure et la dureté et de minimiser le risque de fissuration à froid.
Outre les facteurs mentionnés ci-dessus qui affectent la soudabilité de l'acier au carbone, le traitement thermique du matériau de base avant le soudage a également un impact significatif sur la soudabilité et ne doit pas être négligé pendant le soudage de l'acier au carbone.
L'acier à faible teneur en carbone a une faible teneur en carbone et une quantité minimale de manganèse (Mn) et de silicium (Si). Par conséquent, dans des circonstances normales, il ne provoque pas de structures de trempe ou de durcissement sévères pendant le soudage.
Ce type d'acier présente une excellente plasticité et résistance aux chocs, et les joints soudés possèdent également une bonne plasticité et résistance aux chocs.
En général, il n'est pas nécessaire de préchauffer, de contrôler la température entre les couches ou de postchauffer pendant le soudage, et le traitement thermique après soudage n'est pas nécessaire pour améliorer la microstructure.
On peut dire qu'aucune mesure particulière n'est requise pour l'ensemble du processus. processus de soudagece qui lui confère une grande soudabilité.
Toutefois, dans de rares cas, la soudabilité de l'acier à faible teneur en carbone peut être médiocre et des difficultés de soudage peuvent survenir. Cela peut se produire lorsque la composition du métal de base de l'acier à faible teneur en carbone n'est pas conforme aux spécifications, lorsque des impuretés telles que S, P, O sont présentes en quantités excessives, ou lorsque des méthodes de soudage inappropriées sont utilisées.
En résumé, l'acier à faible teneur en carbone est le type d'acier le plus facile à souder, mais certains problèmes peuvent parfois se poser. De nombreuses méthodes de soudage conviennent au soudage de l'acier à faible teneur en carbone et permettent d'obtenir de bons joints de soudure.
Actuellement, les méthodes de soudage éprouvées pour l'acier à faible teneur en carbone comprennent le soudage à l'arc sous protection métallique, le soudage à l'arc sous protection gazeuse avec dioxyde de carbone, le soudage à l'arc sous protection gazeuse, le soudage à l'arc submergé, le soudage sous laitier électrolytique, le soudage oxygéné et le soudage par résistance.
(1) Blindé Arc métallique Soudage
Le soudage à l'arc sous protection est couramment utilisé pour le soudage de l'acier à faible teneur en carbone. Le principe principal de sélection des électrodes de soudage pour l'acier à faible teneur en carbone est le principe de l'égalité de résistance.
Les électrodes de la série E43×× sont principalement utilisées parce que la résistance moyenne à la traction de l'acier à faible teneur en carbone est d'environ 417,5 MPa et que la résistance à la traction du métal déposé par les électrodes de la série E43×× n'est pas inférieure à 420 MPa, ce qui correspond aux propriétés mécaniques du métal de base. Cette série d'électrodes comporte différents modèles et plusieurs marques commerciales, qui peuvent être sélectionnés en fonction du métal de base et des conditions de charge spécifiques.
Pour les structures importantes ou les structures présentant des conditions de charge complexes, il convient de privilégier autant que possible les électrodes à faible teneur en hydrogène. Le tableau 5-1 donne des exemples pour différentes situations. Pour la sélection des électrodes de soudage pour d'autres types d'acier, veuillez vous référer aux normes industrielles telles que JB/T 4709-2007 ou aux normes nationales.
(2) Soudage à l'arc sous gaz métallique (GMAW)
Ces dernières années, le soudage à l'arc de métaux gazeux utilisant le dioxyde de carbone (CO2) gaz de protection est devenu populaire pour le soudage de l'acier à faible teneur en carbone. Le fil de soudage pour le soudage à l'arc sous gaz métallique CO2 peut être classé en fil plein et fil fourré.
Le principe de base pour la sélection du fil de soudure pour l'acier à faible teneur en carbone est également le principe de résistance égale, comme le montre le tableau 5-1.
Pour plus de détails, veuillez vous référer aux normes nationales telles que GB/T 8110-1995 "Carbon Steel and Low Alloy Steel Welding Wires for" (fils de soudure en acier au carbone et en acier faiblement allié). Soudage sous protection gazeuse. La pureté du gaz CO2 utilisé pour le soudage ne doit pas être inférieure à 99,5%.
(3) Soudage à l'arc submergé (SAW)
Le soudage à l'arc submergé est largement utilisé pour le soudage de l'acier à faible teneur en carbone, en particulier pour les tôles moyennes et épaisses. Pour le soudage à l'arc submergé d'acier à faible teneur en carbone, les fils solides tels que H08A ou H08MnA sont généralement choisis. Ils sont combinés à des flux à haute teneur en manganèse, à haute teneur en silicium et à faible teneur en fluorure, tels que HJ430, HJ431 ou HJ433, et sont largement utilisés.
L'utilisation de flux frittés devient également de plus en plus populaire. Certains flux frittés contiennent de la poudre de fer, ce qui permet de souder d'un seul côté avec une formation des deux côtés sur le matériau de support, ce qui donne des soudures esthétiques et une grande efficacité. Exemples de flux frittés couramment utilisés matériaux de soudage pour le soudage à l'arc submergé de l'acier à faible teneur en carbone sont indiquées dans le tableau 5-1.
(4) Soudage manuel au gaz inerte de tungstène (TIG)
Dans les structures importantes, lorsque l'on soude des joints bout à bout de tuyaux en acier à faible teneur en carbone, il est généralement nécessaire d'avoir une structure de soudure entièrement pénétrée. De nombreuses usines utilisent des Soudage TIG pour le passage de la racine et une combinaison de soudage à l'arc sous protection et de soudage TIG pour le remplissage et le recouvrement, ou s'appuyer uniquement sur le soudage TIG manuel pour l'ensemble du processus de soudage.
Pour le soudage TIG de l'acier à faible teneur en carbone, il est conseillé d'utiliser un fil de soudage spécifique afin de minimiser les variations de composition chimique et de garantir certaines propriétés mécaniques de la soudure. Pour les aciers tels que 20, 20g, 20R, H08Mn2SiA est généralement suffisant. La pureté du gaz argon (Ar) utilisé pour le soudage ne doit pas être inférieure à 99,99%.
De nombreuses autres méthodes de soudage peuvent être utilisées pour le soudage de l'acier à faible teneur en carbone, telles que le soudage à l'arc submergé à intervalle étroit, le soudage oxygaz et le soudage à l'arc. soudage sous laitier électrolytique.
Dans la fabrication de chaudières et de récipients sous pression, il y a également d'autres éléments qui peuvent être pris en compte. techniques de soudage et leurs combinaisons, qui sont sélectionnées en fonction des conditions spécifiques et des exigences du processus.
Tableau 5-1 : Exemples de matériaux de soudage couramment utilisés pour le soudage de l'acier à faible teneur en carbone
| Qualité de l'acier. | Le modèle d'électrode de soudage (marque) utilisé pour le soudage à l'arc. | Fil de soudure pour CO2 le soudage sous protection gazeuse. | Flux pour le soudage à l'arc submergé /Fil à souder | ||
| Structure générale. | Structure importante ou complexe. | Fil de soudure à âme pleine. | Fil de soudage fourré. | ||
| Q235A Q235B Q235C | E4303 （J422） | E315（J427） E4316（J426） | ER49-1（H08Mn2SiA） | EF01-5020 | HJ401-H08A（HJ431) /H08MnA |
| 08 10 15 20 | E4303 （J422） | E4315（J427) E4316 (J426) | ER49-1（H08Mn2SiA） | EF01-5020 | HJ401-H08A（HJ431) /H08MnA |
| 20g 20R 22g | E4303 （J422） | E4315（J427） E4316（J426） | ER50-3 | EF01-5020 | HJ401-H08A（HJ431） /H08MnA ou H08MnSi |
(1) Préparation du soudage
La préparation du soudage comprend les aspects suivants :
1) Préparation de la rainure.
La préparation de la rainure doit être effectuée par des méthodes de travail à froid, mais des méthodes de travail à chaud peuvent également être utilisées. Les rainure de soudure doit rester plat et ne pas présenter de défauts tels que des fissures, des délaminations ou des inclusions de scories.
Les dimensions doivent être conformes aux dessins ou aux spécifications du processus de soudage. La surface et les deux côtés de la rainure (10 mm pour le soudage à l'arc avec électrode, 20 mm pour le soudage à l'arc submergé) doivent être soigneusement nettoyés de l'eau, de la rouille, de l'huile, du laitier et d'autres impuretés nocives.
2) Les électrodes de soudage et le flux doivent être séchés et maintenus au chaud conformément à la réglementation. Le fil de soudure doit être débarrassé de l'huile, de la rouille et d'autres impuretés.
3) Préchauffage
En général, les faibles soudage de l'acier au carbone ne nécessite pas de mesures particulières. Cependant, dans des conditions hivernales froides, le joint de soudure se refroidit rapidement, ce qui augmente la tendance à la fissuration. Ceci est particulièrement vrai pour les structures rigides avec de grandes épaisseur de soudure.
Pour éviter la formation de fissures, préchauffage avant soudageIl est possible de prendre des mesures pour maintenir la température de la couche intermédiaire pendant le soudage et de prendre des mesures post-chauffage. Les température de préchauffage peut être déterminée sur la base des résultats des tests et des normes applicables. La température de préchauffage peut varier selon les produits, comme le montrent les tableaux 5-2 et 5-3.
Tableau 5-2 : Température de préchauffage pour les structures rigides courantes en acier à faible teneur en carbone
| Qualité de l'acier | Epaisseur du matériau (mm). | Température de préchauffage (°C). |
| Q235,08,10, 15, 20 | ≈50 | |
| 50~90 | >100 | |
| 25, 20g，22g, 20R | ≈40 | >50 |
| >60 | >100 |
Tableau 5-3 : Température de préchauffage pour les produits à faible teneur en carbone Soudage de l'acier dans un environnement à basse température
| Température ambiante (°C) | Épaisseur du composant soudé (mm) | Température de préchauffage (°C). | |
| Poutres, colonnes et échafaudages. | Pipelines et conteneurs. | ||
| En dessous de -30°C | <30 | <16 | 100~150 |
| Inférieur à -20°C | 17~30 | ||
| En dessous de -10°C | 35~50 | 31~40 | |
| Inférieure à 0°C | 51~70 | 51~50 | |
4) Positionnement du soudage
Le soudage de positionnement fait référence au soudage effectué pour assembler et fixer les positions des différentes pièces sur le composant soudé. La soudure qui en résulte est appelée soudure de positionnement. Le même matériau de soudage que le joint soudé doit être utilisé pour le soudage de positionnement, et le même procédé de soudage doit être appliqué.
La soudure de positionnement doit être exempte de fissures, sinon elle doit être retirée et ressoudée. Les extrémités de la soudure de positionnement qui se fondent dans la soudure permanente doivent être faciles à souder. faire un arc de cercle. S'il y a des porosités ou des inclusions de scories, elles doivent être éliminées.
(2) Exigences en matière de soudage
Les exigences en matière de soudage sont les suivantes :
1) Les soudeurs doivent effectuer les travaux de soudage conformément aux exigences des dessins, des documents relatifs aux procédés et des normes techniques.
2) L'amorçage de l'arc doit se faire sur la plaque d'appui ou dans la rainure, et l'amorçage de l'arc dans les zones non soudées est interdit. Lors de l'extinction de l'arc, le cratère doit être comblé.
3) La température de la couche intermédiaire doit être contrôlée dans la plage spécifiée pendant le processus de soudage. Lorsque la pièce est préchauffée, la température de la couche intermédiaire ne doit pas être inférieure à la température de préchauffage.
4) Chaque soudure doit être réalisée en une seule opération continue et les interruptions doivent être évitées autant que possible.
5) La forme, les dimensions et l'aspect de la surface soudée doivent être conformes aux normes en vigueur.
6) La surface de la soudure doit être exempte de fissures, de porosités, de cratères et d'inclusions visibles de scories. Le laitier sur la soudure et les éclaboussures des deux côtés doivent être enlevés. La transition entre la soudure et le matériau de base doit être lisse. La contre-dépouille de la surface soudée ne doit pas dépasser les exigences des normes applicables.
L'acier à moyenne teneur en carbone a une teneur en carbone comprise entre 0,30% et 0,60%. Lorsque la teneur en carbone (wC) est proche de 0,30% et que la teneur en manganèse (wMn) n'est pas élevée, il présente une bonne soudabilité. Cependant, lorsque la teneur en carbone augmente, la soudabilité se détériore progressivement.
Si la teneur en carbone est d'environ 0,50% et que le soudage est effectué selon le procédé habituel pour les aciers à faible teneur en carbone, la zone affectée thermiquement peut devenir fragile. structure martensitiquece qui les rend susceptibles de se fissurer.
La soudure elle-même peut présenter ce comportement si le matériau et le procédé de soudage ne sont pas correctement contrôlés. Pendant le soudage, une quantité considérable de matériau de base fond dans la soudure, ce qui augmente la teneur en impuretés et la rend sujette à la fissuration à chaud.
Ceci est particulièrement évident lorsque le contrôle de l'impureté S n'est pas strict. Une telle fissures chaudes sont plus sensibles au niveau du cratère. En outre, plus la teneur en carbone augmente, plus la susceptibilité à la porosité s'accroît.
L'acier à moyenne teneur en carbone peut être utilisé à la fois pour les composants structurels à haute résistance et pour les pièces et outils mécaniques. Lorsqu'il est utilisé comme pièces et outils mécaniques, il est souvent préféré pour sa dureté et sa résistance à l'usure plutôt que pour sa haute résistance. Qu'il s'agisse de haute résistance mécanique ou de résistance à l'usure, les propriétés souhaitées sont souvent obtenues par traitement thermique.
Si le soudage est effectué sur des composants ayant déjà subi un traitement thermique, des mesures doivent être prises pour éviter la formation de fissures. Cependant, il est important de noter que la chaleur apportée par le soudage peut ramollir la zone affectée thermiquement. Pour restaurer les performances de la zone affectée thermiquement, un traitement thermique post-soudage est nécessaire.
(1) Soudage à l'arc sous protection métallique (SMAW)
L'acier à mi-carbone a une faible soudabilité et est principalement utilisé dans la fabrication de pièces mécaniques. Par conséquent, la méthode de soudage la plus couramment utilisée pour l'acier à teneur moyenne en carbone est le soudage à l'arc sous protection métallique (SMAW).
Lorsque le métal soudé doit avoir la même résistance que le métal de base, il convient de choisir des électrodes de soudage de qualité équivalente. Lorsque l'équivalence de résistance n'est pas requise, il est possible de choisir des électrodes dont la résistance est inférieure à celle du métal de base.
Les électrodes à faible teneur en hydrogène ont une bonne capacité de désulfuration et présentent une bonne plasticité et une bonne ténacité dans le métal déposé. Elles ont également une faible teneur en hydrogène diffusible, ce qui les rend très résistantes à la fissuration à chaud et à la fissuration à froid induite par l'hydrogène. Il est donc recommandé d'utiliser des électrodes à faible teneur en hydrogène dans la mesure du possible.
Dans certains cas, titane Les électrodes de type fer ou titane-calcium peuvent également être utilisées pour le soudage de l'acier à teneur moyenne en carbone. Toutefois, des mesures strictes doivent être prises, telles que le contrôle de la température de préchauffage et la réduction de la profondeur de fusion (réduction de la teneur en carbone de la soudure), afin d'obtenir des résultats satisfaisants.
Dans des situations particulières, les électrodes en acier inoxydable austénitique au chrome-nickel peuvent également être utilisées pour souder de l'acier à teneur moyenne en carbone. Dans ce cas, le préchauffage n'est pas nécessaire et le métal soudé présente une bonne plasticité, ce qui permet de réduire la contrainte sur le joint soudé et d'éviter la formation d'une zone affectée par la chaleur. fissures froides. Le tableau 5-4 présente des exemples d'électrodes en acier à teneur moyenne en carbone.
Tableau 5-4 : Exemples d'électrodes en acier à teneur moyenne en carbone
| Qualité de l'acier | Électrodes de soudage | ||
| Composants nécessitant une résistance égale. | Composants n'exigeant pas la même résistance | Dans des situations particulières. | |
| 35，ZG270-500 | 506，J507，J556，J557 | J422, J423, J425，J427 | A102, A302, A307, A402, A07 |
| 45, ZG310-570 | J556，J557, J606, J607 | J422，J423，J426J427,J506，J507 | |
| 55, Z310-610 | J606，J607 | ||
(2) Autres méthodes de soudage
Dans certains cas, d'autres méthodes de soudage peuvent également être utilisées pour souder de l'acier à teneur moyenne en carbone. Le choix de la méthode de soudage dépend des exigences de conception et des circonstances spécifiques. Un exemple est l'utilisation du soudage sous protection gazeuse au CO2.
Pour le soudage sous protection gazeuse au CO2, on utilise généralement des fils d'acier de qualité 30 et 35, tels que H08Mn2SiA, H04Mn2SiTiA et H04MnSiAlTiA. Le choix du fil de soudage spécifique doit être basé sur des facteurs tels que les propriétés souhaitées de la soudure, les conditions de soudage et les recommandations des experts en soudage ou des fabricants.
(1) Préparation du soudage
Les préparations suivantes doivent être effectuées avant le soudage :
1) Les électrodes de soudage doivent être séchées et maintenues à la température spécifiée avant d'être utilisées.
2) Les défauts de la zone de soudage doivent être soigneusement éliminés avant le soudage. La surface de la pièce à souder doit être nettoyée soigneusement, en éliminant toute trace de rouille, d'huile, d'humidité ou d'autres impuretés. Pour le soudage de positionnement, la taille de la cordon de soudure ne doit pas être trop petite.
3) Préchauffage et contrôle de la température entre les couches. Dans la plupart des cas, un préchauffage est nécessaire pour le soudage de l'acier à teneur moyenne en carbone. Pendant le soudage, la température de la couche intermédiaire doit être contrôlée et ne doit généralement pas être inférieure à la température de préchauffage.
Cela permet de réduire la vitesse de refroidissement de la soudure et de la zone affectée thermiquement, d'empêcher la formation de martensite et d'améliorer la plasticité du joint soudé tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre. contrainte résiduelle.
La température de préchauffage dépend de facteurs tels que l'équivalent en carbone, l'épaisseur du métal de base, la rigidité de la structure, le type d'électrode et le procédé de soudage.
En règle générale, la température de préchauffage doit être plus élevée lorsque l'équivalent carbone augmente, que l'épaisseur du joint augmente ou que la teneur en hydrogène de l'arc augmente. En règle générale, la température de préchauffage pour l'acier de qualité 35 et l'acier de qualité 45 peut varier de 150 à 250°C.
Pour les joints à forte teneur en carbone, plus épais ou plus rigides, la température de préchauffage peut être comprise entre 250 et 400°C. Si un préchauffage local est utilisé, la plage de chauffage des deux côtés de la rainure doit être de 150 à 200 mm.
(2) Exigences en matière de soudage
Pour le soudage d'acier à teneur moyenne en carbone, il est recommandé d'utiliser une pince étroite. cordon de soudure et la méthode de soudage à l'arc court. S'il s'agit d'une soudure multicouche, les premières couches de la soudure doivent être réalisées à l'aide d'électrodes de petit diamètre et d'un courant de soudage faible afin de réduire la profondeur de la fusion dans le métal de base tout en garantissant la sécurité de la soudure. pénétration totale.
Une énergie de fil plus élevée peut être utilisée pour les couches intermédiaires. La dernière passe ou les passes multiples doivent être entièrement fusionnées sur le métal de soudure déposé précédemment dans la couche précédente. Cette pratique a pour effet de tempérer la zone affectée thermiquement de la soudure d'origine, en particulier la zone affectée thermiquement dans le métal de base.
Il contribue à réduire la dureté et la fragilité dans cette région et prévient la fissuration avant le traitement thermique post-soudure.
(3) Traitement thermique après soudage
Il est préférable d'effectuer un traitement thermique de détente immédiatement après le soudage, en particulier pour les pièces épaisses, les structures rigides et dans des conditions de fonctionnement sévères (telles que des charges dynamiques ou d'impact). La température du traitement thermique de détente est généralement comprise entre 600 et 650°C.
Si un relâchement immédiat des contraintes n'est pas possible, un post-chauffage doit tout de même être effectué pour faciliter la diffusion de l'hydrogène hors de la soudure. La température de post-chauffage n'est pas nécessairement la même que la température de préchauffage et doit être déterminée en fonction des circonstances spécifiques.
La durée de l'isolation post-chauffage est d'environ 1 heure par 10 mm d'épaisseur.
Acier à haute teneur en carbone désigne l'acier dont la teneur en carbone (wC) est supérieure à 0,6%. Il s'agit non seulement de l'acier de construction à haute teneur en carbone, mais aussi de l'acier moulé à haute teneur en carbone et de l'acier à outils à haute teneur en carbone. L'acier à haute teneur en carbone a une teneur en carbone plus élevée que l'acier à teneur moyenne en carbone, ce qui le rend plus susceptible de former de la martensite dure et cassante à haute teneur en carbone.
Par conséquent, il présente une plus grande tendance à la fissuration par trempe et est plus sensible à la fissuration, ce qui se traduit par une mauvaise soudabilité. Dans la pratique, ce type d'acier n'est généralement pas utilisé pour la fabrication de structures soudées, mais plutôt pour des composants, des pièces, des outils et certaines pièces moulées de haute dureté ou résistants à l'usure.
Il est communément connu sous le nom d'acier à outils et d'acier moulé, et la plupart des soudures sont effectuées à des fins de réparation. Pour obtenir une dureté élevée ou une résistance à l'usure, les composants en acier à haute teneur en carbone sont souvent soumis à un traitement thermique, généralement une trempe et un revenu.
C'est pourquoi, recuit Le traitement thermique avant soudage permet de réduire la tendance à la fissuration, et le traitement thermique après soudage permet d'obtenir la dureté élevée et la résistance à l'usure souhaitées.
En raison de la faible soudabilité de l'acier à haute teneur en carbone, il est principalement utilisé pour les pièces, les composants et les outils présentant une dureté ou une résistance à l'usure élevées. Par conséquent, la méthode de soudage la plus couramment utilisée pour souder l'acier à haute teneur en carbone est le soudage à l'arc sous protection métallique à l'aide d'électrodes de soudage.
Le choix des matériaux de soudage dépend généralement la teneur en carbone des l'acier, la conception de la pièce à usiner et les conditions d'utilisation. Il est difficile d'obtenir les mêmes performances que le matériau de base du joint soudé. La résistance à la traction de ce type d'acier est généralement supérieure à 675MPa.
Le choix des matériaux de soudage dépend des exigences de conception du produit. Lorsqu'une résistance élevée est requise, les électrodes E7015-D2 (J707) ou E6015-D2 (J607) sont généralement utilisées.
Lorsqu'une résistance élevée n'est pas requise, les électrodes E5016 (J506) ou E5015 (J507) peuvent être utilisées, ou des électrodes à faible résistance peuvent être utilisées. acier allié Il est possible de choisir des électrodes ou des métaux d'apport de résistance équivalente. Tous les matériaux de soudage doivent être à faible teneur en hydrogène.
Si nécessaire, des électrodes en acier inoxydable austénitique au chrome-nickel peuvent également être utilisées pour le soudage. Les qualités d'électrodes sont les mêmes que celles utilisées pour l'acier à teneur moyenne en carbone, telles que E308-16 (A102), E308-15 (A107), E309-16 (A302), EE309-15 (A307), etc. Dans ce cas, le préchauffage n'est pas nécessaire. Cependant, lorsque le matériau est très rigide, il est recommandé de le préchauffer avant de le souder.
(1) Préparation du soudage :
Les préparations suivantes doivent être effectuées avant de souder de l'acier à haute teneur en carbone :
1) L'acier à haute teneur en carbone doit être recuit avant le soudage.
2) Lors de l'utilisation d'électrodes en acier de construction pour le soudage, un préchauffage est nécessaire. La température de préchauffage est généralement supérieure à 250-350℃. La température de la couche intermédiaire doit être maintenue au même niveau que la température de préchauffage pendant le processus de soudage.
3) Avant le soudage, veillez à sécher les électrodes conformément à la réglementation et à les stocker dans une boîte ou un tube de conservation de la chaleur afin d'éviter l'absorption d'humidité.
4) Avant le soudage, il faut veiller à nettoyer la surface de la pièce, en s'assurant qu'il n'y a pas d'humidité, d'huile, de rouille ou d'autres impuretés.
(2) Exigences en matière de soudage :
Les mesures suivantes doivent être prises pendant le processus de soudage :
1) Adopter les mêmes mesures que pour l'acier à moyenne teneur en carbone, telles que la minimisation du taux de fusion, l'utilisation d'un courant faible, le soudage rapide et la garantie d'un soudage continu et ininterrompu.
2) Utiliser une méthode de pré-pilotage, déposer d'abord le métal de soudure sur la rainure, puis procéder au soudage.
3) Pour les pièces soudées présentant une rigidité et une épaisseur élevées, des mesures doivent être prises pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. stress interneIl s'agit notamment de disposer les cordons de soudure de manière raisonnable, d'utiliser un soudage arrière segmenté ou de marteler le cordon de soudure après le soudage.
(3) Traitement thermique après soudage :
Après le soudage, la pièce doit être immédiatement placée dans un four et soumise à un traitement thermique de détente à une température de 650℃.
(1) Exemple de soudage d'acier à faible teneur en carbone à l'arc sous protection métallique
Dans une entreprise de fabrication de machines chimiques, un condenseur pour la production de dioxyde de soufre a été fabriqué en acier au carbone 20R avec une épaisseur de tôle de 8 mm. Le cordon de soudure longitudinal du corps cylindrique était un cordon bout à bout avec une rainure en forme de V, et le procédé de soudage utilisé était le soudage à l'arc sous protection métallique. Le procédé de soudage utilisé était le soudage à l'arc sous protection métallique. Voir le tableau 5-5 pour la procédure de soudage.
Tableau 5-5 : Carte de processus de soudage pour le soudage à l'arc à l'électrode
| Carte de processus de soudage pour le soudage de joints | Nombre : | ||
| Matériau de base : | Matériau de base : | 20R | 20R |
| Epaisseur du matériau de base : | 8 mm | 8 mm | |
| Position de soudage : | Soudage à plat | ||
| Technique de soudage : | Cordon de soudure droit | ||
| Température de préchauffage : | Température ambiante | ||
| Température d'intercirculation | 150℃ | ||
| Séquence de soudage | |||
| 1 | Vérifier les dimensions de la rainure et la qualité de la surface. | ||
| 2 | Nettoyez la rainure et éliminez toute trace d'huile ou de saleté à proximité. | ||
| 3 | Effectuer un soudage par points depuis l'extérieur en utilisant la technique de soudage de la première couche, avec une longueur de 30 à 50 mm. | ||
| 4 | Souder les couches intérieures, de la première à la troisième. | ||
| 5 | Utiliser un arc au carbone gougeage à l'air pour nettoyer la racine de l'extérieur, puis meuler à l'aide d'une meule. | ||
| 6 | Souder la couche extérieure. | ||
| 7 | Nettoyer les éclaboussures après le soudage. | ||
| 8 | Effectuer un contrôle visuel. | ||
| 9 | Effectuer des essais non destructifs. | ||
Paramètres des spécifications de soudage
| Nombre de passages | Méthode de soudage | Qualité du matériau de soudage | Spécification des matériaux de soudage | Type de courant et polarité | Courant de soudage/A | Tension d'arc/V | Vitesse de soudage (mm/longueur) | Remarques |
| 1 | SMAW | J427 | 3.2 | DCEP | 90~120 | 22~24 | 90~130 | |
| 2~4 | SMAW | J427 | 4 | DCEP | 140~170 | 22~24 | 140~180 |
(2) Soudage manuel TIG pour la fermeture du fond et soudage à l'arc à l'électrode pour le remplissage et le soudage du couvercle de l'exemple d'acier à faible teneur en carbone.
En utilisant le même équipement que celui mentionné ci-dessus, le joint de fermeture du corps du cylindre, d'un diamètre de seulement ϕ616mm, nécessite un joint entièrement pénétré.
L'usine a adopté le soudage TIG pour la fermeture du fond et le soudage à l'arc à l'électrode pour le remplissage et le couvercle, comme le montre le processus de soudage dans le tableau 5-6.
| Carte de processus de soudage des joints | Nombre | ||||
| Matériau de base : | Matériau de base : | 20R | 20R | ||
| Epaisseur du matériau de base : | 8 mm | 8 mm | |||
| Position de soudage : | Soudage à plat | ||||
| Technique de soudage : | Cordon de soudure droit | ||||
| Température de préchauffage : | Température ambiante | ||||
| Température d'intercirculation : | ≤150℃ | ||||
| Diamètre de la buse | 16 mm | Gaz de protection | Ar | ||
| Diamètre de l'électrode en tungstène | 2,5 mm | Face avantCôté arrière | Face avant | 8~10 | |
| Face arrière | |||||
| Séquence de soudage | |
| 1 | Vérifier les dimensions de la rainure et la qualité de la surface. |
| 2 | Nettoyez la rainure et éliminez toute trace d'huile ou de saleté à proximité. |
| 3 | Effectuer un soudage par points depuis l'extérieur en utilisant la technique de soudage de la première couche, avec une longueur de 10 à 15 mm. |
| 4 | Souder les 1ère et 2ème passes avec une buse de 20 mm, puis passer à une buse de 25 mm pour les autres passes. Pour éviter une déchirure laminaire au niveau de la plaque latérale, le fil ne doit pas osciller pendant le soudage des 4ème, 6ème, 9ème et 12ème passes, et doit être incliné vers la plaque latérale. L'épaisseur de chaque passe doit être contrôlée à 5 mm près. |
| 5 | Nettoyer les éclaboussures après le soudage. |
| 6 | Effectuer un contrôle visuel. |
| 7 | Effectuer des essais non destructifs. |
Paramètres des spécifications de soudage
| Canal de la couche | méthode de soudage | Qualité du matériau de soudage | Spécifications des matériaux de soudage | Type de courant et polarité | Courant de soudage/A | Tension d'arc/V | Vitesse de soudage/[mm/min (pièce)] |
| 1 | GTAW | H10MnSi | Φ2.5 | DCEN | 90~120 | 10-11 | 50-80 |
| 2 | SMAW | J427 | Φ4 | DCEP | 140-170 | 22-24 | 140-180 |
| 3 | SMAW | J427 | Φ5 | DCEP | 170-210 | 22-24 | 150-200 |
(3) Exemple de soudage sous protection gazeuse CO2 d'un acier à faible teneur en carbone : Il s'agit d'un couvercle de support pour une turbine hydraulique, en acier Q235, soudé sous protection gazeuse au CO2. Le fil de soudure utilisé est ER49-1 (H08Mn2SiA), d'un diamètre de 1,6 mm. Le processus de soudage est décrit dans le tableau 5-7.
Tableau 5-7 Carte de processus de soudage pour le joint de soudage sous protection gazeuse au dioxyde de carbone
| Carte de processus de soudage des joints | Nombre : | |||
 | Matériau de base Matériau | Q235 | Q235 | |
| Épaisseur du matériau de base | 30 mm | 50 mm | ||
| Position de soudage | Soudage à plat | |||
| Technologie du soudage | Cordon de soudure droit | |||
| Température de préchauffage | Température ambiante | |||
| Température de la couche intermédiaire | ≤ 150 ℃ | |||
| Diamètre de la buse | Φ20mm Φ25mm | Gaz protecteur | LE CO2 | |
| Débit de gaz L/ Min | Front | 20-25 | ||
| Retour | ||||
| Séquence de soudage | |
| 1 | Contrôler les dimensions de la rainure et la qualité de la surface. |
| 2 | Nettoyez la rainure et les éventuelles salissures ou taches d'huile qui l'entourent. |
| 3 | Effectuer un soudage par points depuis l'extérieur en utilisant le processus de soudage de la première couche, avec une longueur de 10 à 15 mm. |
| 4 | Pour la première et la deuxième passe, utilisez une buse de 20 mm, et pour les autres passes, passez à une buse plus petite de 25 mm. Pour éviter la déchirure de la couche sur la plaque latérale, le fil de soudage ne doit pas osciller lors du soudage des passes 4, 6, 9 et 12, et doit être incliné vers la plaque latérale. L'épaisseur de chaque passe de soudure doit être contrôlée à 5 mm près. |
| 5 | Nettoyer les éclaboussures après le soudage. |
| 6 | Effectuer un contrôle visuel. |
| 7 | Effectuer des essais non destructifs. |
Paramètres des spécifications de soudage
| Canal de la couche | méthode de soudage | Qualité du matériau de soudage | Spécifications des matériaux de soudage | Courant de soudage/A | Tension d'arc/V | Débit de gaz (L/min) | Fréquence d'oscillation/(r/min) | Swing/mm |
| 1, 2 | Soudage sous protection gazeuse CO2 | H08Mn2SiA | Φ1.6 | 250-300 | 28-30 | 20 | 50 | 4-6 |
| 4, 6, 9, 12 | Idem | Idem | Φ1.6 | 200-250 | 26-28 | 20 | – | – |
| le reste | Idem | Idem | Φ1.6 | 300-350 | 30-32 | 25 | 50 | 8-12 |
(1) Exemple de soudage d'un acier à teneur moyenne en carbone à l'arc électrique
Soudage de l'arbre en acier 35# à la bride dans un certain chantier naval. Veuillez vous référer au processus de soudage dans le tableau 5-8.
| Carte de processus de soudage des joints | Nombre | |||
Croquis de l'articulation :  | Matériau de base : | 35 | 35 | |
| Epaisseur du matériau de base : | 50 mm | 50 mm | ||
| Position de soudage : | Soudage vertical | |||
| Technique de soudage : | Cordon de soudure droit | |||
| Température de préchauffage : | 150~200℃ | |||
| Température d'intercirculation : | 150~200℃ | |||
| Séquence de soudage et points clés : | |
| 1 | Contrôler la taille et la qualité de la surface de la rainure. |
| 2 | Enlever l'huile et les autres saletés de la rainure et de son environnement. |
| 3 | Effectuer un soudage en position, avec une longueur de 50 mm. |
| 4 | Placer l'arbre assemblé en position horizontale pour le soudage, et appliquer le soudage en position verticale pour faciliter l'enlèvement du laitier. |
| 5 | Diviser la soudure en 6 ou 4 sections le long de la circonférence, en utilisant une méthode de soudage par saut pour éviter les déformations. |
| 6 | Lors du soudage de la première couche, la vitesse de déplacement doit être lente pour éviter l'amincissement et la rupture facile de la soudure. |
| 7 | Lors de l'extinction de l'arc, remplissez le puits d'arc pour éviter les fissures. |
| 8 | Avant de souder la face arrière, utilisez une meule angulaire pour meuler la racine de la soudure, et soudez après avoir bien nettoyé. |
| 9 | Effectuer l'inspection post-soudure conformément aux exigences. |
Paramètres des spécifications de soudage
| Nombre de passages | Méthode de soudage | Qualité du matériau de soudage | Spécification des matériaux de soudage | Courant de soudage/A | Tension d'arc/V | Débit de gaz/(L/min) | Fréquence d'oscillation/(r/min) | Remarques |
| 1 | SMAW | J507 | 4.0 | DCEP | 140~170 | 22~24 | 100~140 | |
| Autres | SMAW | J507 | 4.0 | DCEP | 140~170 | 22~24 | 140~180 |
(2) Exemple d'acier au carbone réparation de pièces mécaniques par soudage à l'arc sous protection métallique
Une fissure a été constatée dans la tige du piston (diamètre 280 mm) d'un marteau pneumatique dans une certaine usine. Le soudage à l'arc sous protection métallique a été utilisé pour la réparation.
Tout d'abord, une rainure en forme de U a été réalisée au niveau de la fissure, et la fissure a été soigneusement nettoyée. La température de préchauffage de la zone de soudage a été portée à 150℃, et l'électrode de soudage J507 d'un diamètre de φ3,2mm a été utilisée pour le soudage, avec un courant de soudage de 100-120A.
Pour éviter les déformations, un soudage alternatif symétrique a été adopté. Immédiatement après le soudage, une trempe locale a été effectuée à l'aide d'une flamme, chauffant la soudure et les zones adjacentes jusqu'à ce qu'elles prennent une couleur rouge foncé, puis on les a laissées refroidir à l'air. Après une période d'utilisation, le résultat du soudage était très bon.
L'acier faiblement allié est un type d'acier dans lequel divers éléments d'alliage sont ajoutés à l'acier au carbone, avec une fraction de masse totale ne dépassant pas 5%. Ces éléments d'alliage sont ajoutés pour améliorer la résistance, la plasticité, la ténacité, la résistance à la corrosion, la résistance à la chaleur ou d'autres propriétés spéciales de l'acier.
Ces types d'acier ont été largement utilisés dans les navires, les ponts, les chaudières, les réservoirs sous pression, les pipelines, les équipements de production d'énergie conventionnelle et nucléaire, divers véhicules, les machines lourdes, la marine et les industries de la construction. Ils sont maintenant devenus les matériaux structurels les plus importants dans les grandes structures soudées.
Certains aciers faiblement alliés couramment utilisés dans la production de soudure peuvent, après examen de leurs performances et de leurs applications, être grossièrement divisés en deux catégories. La première catégorie est l'acier à haute résistance, qui est principalement utilisé pour les pièces mécaniques et les structures d'ingénierie qui doivent résister à des charges statiques et dynamiques dans des conditions normales.
La deuxième catégorie est celle des aciers spéciaux, qui sont principalement utilisés pour les pièces mécaniques et les ouvrages d'art fonctionnant dans des conditions particulières. La gamme des aciers à haute résistance est très étendue, et tout acier ayant une résistance de limite d'élasticité σs ≥ 295MPa et une résistance à la traction σb ≥ 395MPa est qualifiée d'acier à haute résistance.
Dans cette catégorie, en fonction de la limite d'élasticité et du traitement thermique, on peut généralement les classer en trois types : les aciers laminés à chaud et normalisés, les aciers à faible teneur en carbone et faiblement alliés, les aciers à faible teneur en carbone et faiblement alliés. trempé et revenu et les aciers trempés et revenus à teneur moyenne en carbone.
L'acier fourni et utilisé à l'état laminé à chaud ou normalisé est appelé acier laminé à chaud et normalisé, qui comprend l'acier laminé à chaud et l'acier normalisé. Ce type d'acier avec une limite d'élasticité de 295-490MPa comprend principalement les aciers Q295-Q460 de la norme GB/T 1591-2008 "Low Alloy High Strength Structural Steel" (acier de construction à haute résistance faiblement allié).
Les aciers faiblement alliés avec une limite d'élasticité de 295-390MPa sont principalement des aciers laminés à chaud, qui atteignent une résistance élevée grâce à l'effet de renforcement en solution solide de l'élément d'alliage qu'est le manganèse.
Parmi eux, le Q345 est l'acier à haute résistance le plus utilisé en Chine. Le Q345 peut être divisé en cinq qualités, le Q345A équivalant à l'ancienne désignation 16Mn, et le Q345C équivalant aux aciers 16Mng et 16MnR utilisés pour les chaudières et les appareils à pression.
Les aciers faiblement alliés dont la limite d'élasticité est supérieure à 390MPa sont généralement utilisés à l'état normalisé ou normalisé et trempé, comme le Q420. Après la normalisation, les composés de carbone et de nitrure précipitent de la solution solide sous forme de fines particules. Cela permet non seulement d'augmenter la résistance de l'acier, mais aussi de s'assurer qu'il contient une certaine quantité d'éléments d'alliage et d'oligo-éléments d'alliage.
La différence de soudabilité entre les aciers laminés à chaud, les aciers normalisés et les aciers au carbone réside principalement dans les modifications de la microstructure et des propriétés de la zone affectée par la chaleur, qui sont plus sensibles à l'apport de chaleur lors du soudage. La tendance au durcissement dans la zone affectée thermiquement augmente et ces zones sont plus sensibles à la fissuration induite par l'hydrogène.
Les aciers laminés à chaud et normalisés contenant des éléments carbonés et nitrurés présentent également un risque de fissuration par échauffement. Toutefois, dans l'ensemble, leur soudabilité est relativement bonne. Il est nécessaire de comprendre les caractéristiques et les modèles de soudabilité des différents types d'aciers laminés à chaud et normalisés afin de mettre au point les procédures de soudage correctes et de s'assurer que qualité du soudage.
(1) Modifications de la microstructure et des propriétés dans la zone affectée par la chaleur de la soudure
En fonction de la température maximale atteinte dans la zone affectée thermiquement par la soudure, celle-ci peut être divisée en zone de fusion, zone à gros grains, zone à grains fins, zone de transformation incomplète et zone de trempe. La microstructure et les propriétés des différentes régions de la zone affectée thermiquement dépendent de la composition chimique de l'acier et des vitesses de chauffage et de refroidissement pendant le soudage.
Si la vitesse de refroidissement du soudage n'est pas correctement contrôlée, des zones locales de la zone affectée thermiquement peuvent subir une trempe ou développer des structures fragiles, ce qui entraîne une réduction de la résistance aux fissures ou de la ténacité. La zone de gros grains et la zone de transformation incomplète sont deux zones faibles du joint soudé.
Lors du soudage d'un acier laminé à chaud, si l'apport de chaleur est trop élevé, la zone à gros grains peut présenter une forte croissance des grains ou la présence de structures Widmanstätten, ce qui entraîne une réduction de la ténacité. Inversement, si l'apport de chaleur pour le soudage est trop faible, la proportion de martensite dans la zone à gros grains peut augmenter, ce qui entraîne une réduction de la ténacité.
Lors du soudage de l'acier normalisé, la performance de la zone à gros grains est plus significativement affectée par l'apport de chaleur de soudage. Un apport de chaleur important peut entraîner la formation d'une bainite grossière en forme de latte ou d'une bainite supérieure dans la zone à gros grains, ce qui réduit considérablement la ténacité de l'acier.
La zone de transformation incomplète dans la zone affectée thermiquement par la soudure subit une fragilisation pendant le chauffage de la soudure. Le contrôle de la vitesse de refroidissement du soudage pour éviter la formation de martensite fragile est une mesure qui permet d'éviter la fragilisation de la zone de transformation incomplète.
(2) Fragilisation par déformation thermique
La fragilisation par déformation thermique est un type de vieillissement par déformation qui se produit pendant le soudage sous les effets combinés de la chaleur et de la déformation. Elle est causée par la présence d'azote dissous et est plus prononcée à des températures comprises entre 200 et 400℃. Elle se produit principalement dans les aciers à faible teneur en carbone et les aciers faiblement alliés à faible résistance qui contiennent de l'azote dissous.
Une mesure efficace pour éliminer la fragilisation par déformation thermique consiste à effectuer un traitement thermique après soudage. Après un recuit de détente à environ 600℃, la ténacité du matériau peut être rétablie à son niveau d'origine. Par exemple, le Q345 et le Q420 (15MnVN) ont tendance à se fragiliser par déformation thermique après le soudage. Cependant, après un traitement de recuit à 600℃ pendant 1 heure, la ténacité est rétablie à un niveau normal.
(3) Fissures de soudage
1) Fissuration induite par l'hydrogène :
La fissuration induite par l'hydrogène lors du soudage est communément appelée fissuration à froid ou fissuration différée. Il s'agit du défaut de processus le plus grave et souvent de la principale cause de défaillance et de fracture dans les structures soudées. Les fissures induites par l'hydrogène dans le soudage de l'acier laminé à chaud et normalisé se produisent principalement dans la zone affectée par la chaleur de la soudure, et parfois aussi dans le métal de la soudure.
Parmi les trois facteurs qui contribuent à la formation de fissures à froid, celui qui est lié au matériau est la présence de structures durcies. Dans les aciers laminés à chaud et normalisés, l'ajout d'éléments d'alliage augmente la tendance au durcissement par rapport aux aciers à faible teneur en carbone. Par exemple, lors du soudage des aciers Q345 et Q390, un refroidissement rapide peut entraîner la formation de structures de martensite durcies et une tendance accrue à la fissuration à froid.
Cependant, en raison de l'équivalent carbone relativement faible des aciers laminés à chaud, la tendance à la fissuration à froid n'est généralement pas significative. Mais dans les environnements à basse température ou pour les tôles d'acier épaisses, des mesures doivent être prises pour éviter l'apparition de fissures à froid. Pour les aciers normalisés à teneur plus élevée en éléments d'alliage, la tendance au durcissement dans la zone affectée thermiquement par la soudure augmente.
Pour les aciers normalisés avec des niveaux de résistance et des équivalents de carbone plus faibles, la tendance à la fissuration à froid n'est pas significative. Cependant, lorsque le niveau de résistance et l'épaisseur de la tôle augmentent, la trempabilité et la tendance à la fissuration à froid augmentent également. Il est nécessaire de contrôler l'apport de chaleur lors du soudage, de réduire la teneur en hydrogène, de préchauffer et d'effectuer un traitement thermique post-soudage en temps voulu afin d'éviter l'apparition de fissures à froid.
2) Fissuration à chaud :
Par rapport aux aciers au carbone, les aciers laminés à chaud et normalisés ont une teneur en carbone (wC) et en soufre (wS) plus faible, et une teneur en manganèse (wMn) plus élevée, ce qui réduit la tendance à la fissuration à chaud. Cependant, des fissures à chaud peuvent parfois se produire dans le métal soudé, comme à la racine des soudures à l'arc submergé multi-passes ou dans les soudures à haute dilution près des bords de la gorge, dans la production d'appareils à pression à parois épaisses.
L'utilisation de matériaux de soudage à teneur plus élevée en Mn et Si, la réduction de l'apport de chaleur pour le soudage, la réduction du taux de fusion du métal de base dans la soudure et l'augmentation du facteur de forme de la soudure (c'est-à-dire le rapport entre la largeur et la hauteur de la soudure) peuvent contribuer à prévenir la fissuration à chaud dans le métal de la soudure.
Lors du soudage de grandes structures en tôles épaisses, comme dans le génie maritime, les réacteurs nucléaires et les navires, si l'acier est soumis à une contrainte de traction importante dans le sens de l'épaisseur, une déchirure lamellaire peut se produire le long de la direction de laminage de l'acier. Ce type de fissure se produit souvent dans les joints d'angle ou les joints en T qui nécessitent une pénétration complète.
Pour éviter les déchirures lamellaires, il est important de sélectionner des aciers qui résistent aux déchirures lamellaires, d'améliorer la conception des joints afin de réduire les contraintes et les déformations dans le sens de l'épaisseur de l'acier. tôle d'acier. En outre, l'utilisation de matériaux de soudage moins résistants ou de consommables de soudage à faible résistance pour la préparation des bords, ainsi que la mise en œuvre de mesures de préchauffage et de réduction de l'hydrogène, peuvent contribuer à prévenir la déchirure lamellaire tout en garantissant que le produit répond aux spécifications requises.
Les aciers laminés à chaud et normalisés peuvent être soudés à l'aide de méthodes couramment utilisées, telles que le soudage à l'arc sous protection métallique, le soudage à l'arc sous gaz, le soudage à l'arc submergé, le soudage à l'arc sous protection tungstène. soudage au gazet le soudage à l'arc avec fil fourré.
Le choix de la méthode de soudage dépend de la structure du produit soudé, de l'épaisseur de la tôle, des exigences de performance et des conditions de production. Le soudage à l'arc sous protection métallique, le soudage à l'arc submergé, le soudage sous protection gazeuse CO2 avec fil plein et fil fourré sont des méthodes de soudage couramment utilisées.
Lors du choix des matériaux de soudage pour les aciers laminés à chaud et normalisés, la première chose à faire est de s'assurer que la résistance, la plasticité et la ténacité du métal soudé répondent aux exigences techniques du produit.
En outre, des facteurs tels que la résistance à la fissuration et l'efficacité de la production de soudure doivent également être pris en compte.
1) Sélection des matériaux de soudage en fonction des exigences de performance de la soudure
Lors du soudage d'aciers laminés à chaud et d'aciers normalisés, il est généralement recommandé de choisir des matériaux de soudage dont la résistance est comparable à celle du métal de base. La ténacité, la plasticité et la résistance du métal soudé doivent être prises en compte de manière globale. Tant que la résistance réelle de la soudure ou du joint soudé n'est pas inférieure aux exigences du produit, elle est acceptable.
2) Tenir compte de l'influence des conditions du processus lors de la sélection des matériaux de soudage
Des facteurs tels que la conception de la rainure et du joint, les techniques de traitement après soudage et d'autres conditions du processus doivent également être pris en compte lors de la sélection des matériaux de soudage.
(2) Lors de la sélection des matériaux de soudage, il convient également de tenir compte de l'influence des conditions du processus, telles que la conception de la rainure et du joint, et des techniques de traitement après soudage.
1) Influence de la conception des rainures et des joints
Lorsque l'on soude le même acier avec le même matériau de soudage, la performance de la soudure peut varier en fonction de la conception de la rainure. Par exemple, lors de l'utilisation du flux HJ431 pour le soudage à l'arc submergé de l'acier Q345 sans bords biseautés, une plus grande quantité de métal de base est fondue dans le métal de soudure. Dans ce cas, l'utilisation d'un fil H08A à faible teneur en alliage avec le flux HJ431 peut répondre aux exigences de performance mécanique de la soudure.
Cependant, lors du soudage de tôles épaisses en acier Q345 avec des bords biseautés, l'utilisation de la même combinaison H08A-HJ431 peut entraîner une diminution de la résistance de la soudure en raison d'un rapport de fusion plus faible du métal de base. Dans ce cas, il est recommandé d'utiliser des fils plus fortement alliés, tels que H08MnA ou H10Mn2, en combinaison avec le flux J431.
2) Influence des techniques de traitement après soudage
Lorsque le joint soudé subit un laminage à chaud ou un traitement thermique, il est important de tenir compte de l'impact de l'exposition à la chaleur à haute température sur les propriétés du métal soudé. Le métal soudé doit toujours posséder la résistance, la plasticité et la ténacité requises, même après le traitement thermique.
Dans ce cas, il convient de choisir des matériaux de soudage plus fortement alliés. D'autre part, pour les joints soudés qui subissent ensuite un laminage ou un emboutissage à froid, le métal soudé doit présenter une plasticité plus élevée.
(3) Pour les tôles épaisses, les structures à forte contrainte et celles sujettes à la fissuration à froid, il est recommandé d'utiliser des matériaux de soudage à très faible teneur en hydrogène afin d'améliorer la résistance à la fissuration et de réduire la température de préchauffage.
Dans le cas de plaques épaisses et de soudures fortement contraintes, la première couche de la soudure est la plus susceptible de se fissurer. Dans ce cas, il est possible de choisir des matériaux de soudage ayant une résistance légèrement inférieure mais une bonne plasticité et une bonne ténacité, tels que les types à faible teneur en hydrogène ou à teneur ultra-faible en hydrogène.
(4) Pour les cas critiques applications de soudageLes soudures doivent présenter une excellente résistance aux chocs et à la rupture à basse température dans le cas des plates-formes pétrolières offshore, des cuves sous pression et des navires, où la sécurité est de la plus haute importance. Il convient de choisir des matériaux de soudage à haute ténacité, tels que des flux à haute basicité, des fils et des électrodes à haute ténacité, des gaz de protection de haute pureté et l'utilisation de gaz de protection mixtes Ar+CO2.
(5) Pour améliorer la productivité, il est possible d'utiliser des électrodes à poudre de fer à haut rendement, des électrodes à gravité, des fils fourrés à taux de dépôt élevé et des flux à haute vitesse. Pour le soudage vertical vers le haut, il est possible d'utiliser des électrodes de soudage vers le bas.
(6) Pour améliorer les conditions d'hygiène, il est conseillé d'utiliser des électrodes de soudage à faible teneur en poussières et en toxicité lors des opérations de soudage dans des zones mal ventilées (telles que les compartiments de navires, les cuves sous pression, etc.
Tableau 5-9 : Exemples de soudures couramment utilisées sélection des matériaux pour les aciers laminés à chaud et normalisés
| Qualité de l'acier | Baguette de soudage type/grade | Soudage à l'arc submergé | Fil de soudure sous protection gazeuse CO2 | |
| Fil de soudure | flux | |||
| Q295 | Type E3XX J2X | H08.HI0MnA | HJ431 SJ301 | H10MnSi H08Mn2Si |
| Q345 | Type E50XX/J50X | Jonction en I avec chanfrein : Utiliser l'électrode H08A. Plaque d'épaisseur moyenne avec joint biseauté Utiliser une électrode H08MnA ou H10Mn2. Plaque épaisse avec joint en biseau profond Utiliser une électrode H0Mn2. | HJ431 | H08Mn2Si |
| HJ350 | ||||
| Q390 | Type E50XX / J50X Type E50XX-G / J55X | Jonction en I avec chanfrein Utiliser l'électrode H08MnA. Plaque d'épaisseur moyenne avec joint biseauté Utiliser une électrode H10Mn2 ou H10MnSi. Plaque épaisse avec joint en biseau profond Utiliser une électrode H10MnMoA. | HJ431 | H08Mn2SiA |
| HJ250 HJ350 | ||||
| Qualité de l'acier | Type de baguette de soudage | Soudage à l'arc submergé | LE CO2 Fil de soudure sous protection gazeuse | |
| Fil de soudure | Flux | |||
| Q420 | Type E60XX / J55X, J60X | H08Mn2MoA H04MnVTiA | HJ431 HJ350 | – |
| 8MnMoNb | Type E70XX / J60X, J707Nb | H08MN2MoA H08Mn2MoVA | HJ431 HJ350 | – |
| X60 | E4311/J425XG | H08Mn2MoVA | HJ431 SJ101 | – |
(1) Préparation du soudage
La préparation du soudage comprend principalement la préparation des biseaux, le traitement de séchage des matériaux de soudage, le préchauffage et le contrôle de la température d'interpasse, ainsi que le positionnement du soudage.
1) Préparation des biseaux.
Pour les aciers laminés à chaud et normalisés, les biseaux peuvent être préparés par des méthodes de travail à froid et de découpe thermique, telles que le cisaillement, coupe au gazLe découpage thermique peut être effectué à l'aide d'un chalumeau, d'un arc au carbone, d'une découpe au plasma, etc. Pour les aciers à haute résistance, bien qu'une couche durcie puisse se former sur le bord lors du découpage thermique, elle peut être fondue dans le cordon de soudure lors du soudage ultérieur sans affecter la qualité de la soudure.
Par conséquent, le préchauffage n'est généralement pas nécessaire avant le découpage, et le soudage peut être effectué directement après le découpage, sans nécessiter de traitement mécanique.
2) Les matériaux de soudage doivent être séchés conformément à la réglementation.
3) Température de préchauffage et d'interpassage.
Le préchauffage permet de contrôler la vitesse de refroidissement du soudage, de réduire ou d'éviter la formation de martensite durcie dans la zone affectée thermiquement, d'abaisser la dureté de la zone affectée thermiquement et de réduire les contraintes de soudage. Il peut également contribuer à éliminer l'hydrogène du joint soudé.
Par conséquent, le préchauffage est une mesure efficace pour prévenir la fissuration induite par l'hydrogène lors du soudage. Cependant, le préchauffage détériore souvent les conditions de travail et complique le processus de production. Un préchauffage inadéquat ou excessivement élevé et des températures de soudage trop élevées sont des facteurs de risque pour la santé. zone de soudure Les températures élevées peuvent également nuire aux performances du joint soudé.
Par conséquent, la question de savoir si un préchauffage est nécessaire avant le soudage et le choix d'une température de préchauffage raisonnable doivent être soigneusement étudiés ou déterminés par des essais.
Les principaux facteurs influençant la température de préchauffage sont la composition de l'acier (équivalent carbone), l'épaisseur de la tôle, la forme et la contrainte de la tôle. structure soudéela température ambiante et la teneur en hydrogène des matériaux de soudage utilisés.
Le tableau 5-10 indique les températures de préchauffage recommandées pour les aciers à haute résistance faiblement alliés, laminés à chaud et normalisés, de différents niveaux de résistance, à titre de référence. Pour le soudage multipasse de tôles épaisses, afin de favoriser l'évacuation de l'hydrogène de la zone de soudage et d'empêcher la formation de fissures induites par l'hydrogène pendant le processus de soudage, la température interpasse ne doit pas être inférieure à la température de préchauffage, et un traitement thermique intermédiaire d'élimination de l'hydrogène doit être effectué.
Tableau 5-10 : Températures de préchauffage et paramètres de traitement thermique après soudage recommandés pour l'acier laminé à chaud et normalisé
| Qualité de l'acier | Température de préchauffage/°C | Spécifications du traitement thermique après soudage pour le soudage à l'arc | |
| Modèle/Type | Grade | ||
| Q295 | 09Mn2 09MnNb 09MnV | Pas de préchauffage (pour une épaisseur de tôle ≤16mm) | Aucun traitement thermique n'est nécessaire |
| Q345 | 16Mn 14MnNb | 100~150（8≥30mm） | 600~650℃Annealing |
| Q390 | 15MnV 15MnTi 16MnNb | 100~150（≥28mm） | 550℃ou 650℃Annéisation |
| Q120 | 15MnVN 14MnVTiRE | 100~150（≥25mm） | |
| 14MnMoV 18MnMoNb | ≥200 | 600~650℃Annealing | |
4) Positionnement du soudage.
Lors du soudage de positionnement, il convient d'utiliser la même baguette de soudage que pour le soudage formel et de respecter scrupuleusement les spécifications de la procédure de soudage. La longueur, la section transversale et l'espacement des soudures de positionnement doivent également être spécifiés, et un préchauffage peut être nécessaire le cas échéant.
Après le soudage de positionnement, il convient de procéder à une inspection minutieuse et d'éliminer toute fissure détectée avant de procéder à un nouveau soudage. Pour réduire les contraintes et prévenir la fissuration des soudures de positionnement, l'assemblage forcé doit être évité autant que possible.
(2) Détermination de l'apport de chaleur de soudage
La variation de l'apport de chaleur de soudage modifie la vitesse de refroidissement du soudage, ce qui affecte la composition du métal soudé et de la zone affectée thermiquement et, en fin de compte, les propriétés mécaniques et la résistance à la fissuration du joint soudé.
Par conséquent, afin de garantir la ténacité du métal soudé, il convient d'éviter un apport de chaleur excessif lors du soudage. Pendant le soudage, il est recommandé de minimiser l'oscillation transversale et de sauter le soudage, et d'utiliser plutôt le soudage par cordons étroits en plusieurs passes.
L'acier laminé à chaud peut tolérer un apport de chaleur de soudage plus important. Pour les aciers laminés à chaud à faible teneur en carbone (tels que 09Mn2, 09MnNb) et l'acier 16Mn à faible teneur en carbone, il n'y a pas de restrictions strictes concernant l'apport de chaleur pour le soudage, car ces aciers sont moins sensibles à la fragilisation et à la fissuration à froid dans la zone affectée thermiquement.
Toutefois, lors du soudage d'un acier 16Mn à haute teneur en carbone, il convient d'utiliser un apport de chaleur légèrement plus élevé pour réduire la tendance au durcissement et empêcher la formation de fissures à froid. Pour les aciers contenant des éléments de microalliage tels que V, Nb et Ti, afin de réduire la fragilisation de la zone à gros grains dans la zone affectée thermiquement et d'assurer une excellente ténacité à basse température, il convient de sélectionner un apport de chaleur plus faible pour le soudage.
Pour les aciers normalisés à forte teneur en carbone et en élément d'alliage et une limite d'élasticité de 490MPa, comme le 18MnMoNb, la sélection de l'apport de chaleur doit tenir compte à la fois de la trempabilité de l'acier et de la tendance à la surchauffe dans la zone à gros grains de la zone affectée thermiquement.
En général, afin de garantir la ténacité de la zone affectée thermiquement, il convient de choisir un apport de chaleur plus faible. En outre, il convient d'utiliser des méthodes de soudage à faible teneur en hydrogène, ainsi qu'un préchauffage approprié ou un traitement d'élimination de l'hydrogène après soudage, afin d'éviter la formation de fissures froides dans le joint soudé.
(3) Traitement thermique post-soudure et traitement d'élimination de l'hydrogène
1) Traitement thermique post-soudure et traitement d'élimination de l'hydrogène.
Le traitement thermique après soudage consiste à chauffer immédiatement le composant ou la zone soudée à une température comprise entre 150 et 250 °C et à la maintenir pendant un certain temps. Le traitement d'élimination de l'hydrogène, quant à lui, consiste à maintenir le composant ou la zone soudée à une température comprise entre 300 et 400 °C pendant un certain temps.
L'objectif des deux traitements est d'accélérer la diffusion et l'évacuation de l'hydrogène du joint soudé, le traitement d'élimination de l'hydrogène étant plus efficace que le traitement thermique après soudage.
Un traitement thermique post-soudure et un traitement d'élimination de l'hydrogène sont des mesures efficaces pour prévenir la fissuration à froid dans les joints soudés, en particulier pour les joints soudés en plaques épaisses d'aciers tels que le 14MnMoV et le 18MnMoNb, qui sont très sensibles à la fissuration induite par l'hydrogène.
Ce procédé permet non seulement de réduire la température de préchauffage et d'alléger la charge de travail des soudeurs, mais aussi de diminuer l'apport de chaleur lors du soudage, ce qui se traduit par des joints soudés présentant d'excellentes propriétés mécaniques globales.
Pour les appareils à pression à parois épaisses et autres composants structurels critiques d'une épaisseur supérieure à 100 mm, il est recommandé d'effectuer au moins 2 ou 3 traitements intermédiaires d'élimination de l'hydrogène au cours du processus de soudage multipasse afin d'empêcher l'accumulation d'hydrogène et la fissuration potentielle induite par l'hydrogène.
2) Traitement thermique après soudage.
Les aciers laminés à chaud, laminés contrôlés et normalisés ne nécessitent généralement pas de traitement thermique après soudage. Cependant, pour les soudures et la zone affectée thermiquement produites par le soudage à l'arc submergé, qui ont tendance à avoir des grains grossiers, un traitement de normalisation après soudage est nécessaire pour affiner la structure des grains.
Pour les cuves à haute pression à parois épaisses, les cuves nécessitant une résistance à la corrosion sous contrainte et les structures soudées nécessitant une stabilité dimensionnelle, un traitement de détente est nécessaire après le soudage pour éliminer les contraintes résiduelles.
En outre, pour les aciers à haute résistance très sensibles à la fissuration à froid, il est également nécessaire de procéder à un traitement de détente en temps voulu après le soudage. Les paramètres recommandés pour le traitement thermique après soudage pour divers aciers à haute résistance faiblement alliés sont énumérés dans le tableau 5-10.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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